[发明专利]A′-π-A-π-A′型有机小分子及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种A′‑π‑A‑π‑A′型有机小分子及其制备方法与应用。A′‑π‑A‑π‑A′型有机小分子，以弱吸电子的TPTI单元为中心核A，3‑己基噻吩、3,3″‑二辛基‑(2,2':5',2″‑三噻吩)为π共轭桥，1,3‑茚满二酮、3‑乙基绕丹宁为吸电子末端A′。其制备方法由中间体M1和A′在溶剂和催化剂的作用下，进行Knoevenagel缩合反应得到。A′‑π‑A‑π‑A′型有机小分子通过改变π桥和不同吸电子末端(A′)能够实现对小分子结构、吸收光谱、带隙、前线分子轨道能级等光电性能的调控，可制备出优异光电性能的小分子光电功能材料，可应用于制备太阳能电池。

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，特别涉及基于噻吩并[2′,3′:5.6]吡啶并[3,4-g]噻吩并[3,2-c]-异喹啉-5,11(4H,10H)-二酮(简称TPTI)结构单元的A′-π-A-π-A′型有机小分子及其制备方法与应用。

背景技术

有机小分子太阳能电池是一种基于有机小分子的利用光生伏特效应直接实现把太阳能转换为电能的装置。其具有质量轻、价格便宜、制备工艺简单、材料的化学结构可调控性好等优点，在未来的应用上有明显的优势。自上世纪90年代以来，经过近三十年的不懈努力，有机太阳能电池的能量转换效率(PCE)稳步提高，显示出广阔的应用和研发前景。目前，基于引达省单元的受体-给体-受体(A-D-A)型有机小分子叠层太阳能电池的PCE已经超过17％(Meng L,Zhang Y,Wan X,et al.Organic and solution-processed tandem solarcells with 17.3％efficiency.Science,2018,361,1094-1098)。而基于小分子给体材料的有机太阳能电池的PCE也已经超过10％(Zhang H,Liu Y,Sun Y,et al.Developinghigh-performance small molecule organic solar cells via a large planarstructure and an electron-withdrawing central unit.Chemical Communications,2016,53,451-454)。但是有机小分子太阳能电池目前仍然存在载流子迁移率低、合成步骤复杂和稳定性较差等问题，需要开发新的光电性能优异的有机小分子给体材料。

噻吩并[2′,3′:5.6]吡啶并[3,4-g]噻吩并[3,2-c]-异喹啉-5,11(4H,10H)-二酮(TPTI)是一个含有酰胺键的共轭五环稠环体系，具有良好的平面性和弱吸电子性能。以含TPTI单元的共轭聚合物为给体，富勒烯衍生物(如PCBM)为受体构筑的本体异质结有机太阳能电池显示出良好的光伏性能，其PCE已经超过8％(Cao J,Chen S,Qi Z,et al.Anefficient selenophene-containing conjugated copolymer for organic solarcells.RSC Advances,2014,4,5085-5087)，这表明TPTI单元在构筑高效有机太阳能电池材料方面有较大的开发潜力。然而，目前基于TPTI单元的有机小分子太阳能电池给体材料还少有报道，尤其是以弱吸电子的TPTI单元为中心核(A)，吸电子单元(如1.3-茚满二酮或3-乙基绕丹宁等)为末端(A′)，芳杂环类单元为π共轭桥的A′-π-A-π-A′型有机小分子给体材料及其制备方法与光伏应用还尚未见报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术中针对TPTI类有机小分子太阳能电池材料种类少，应用领域窄等不足，提供一种基于TPTI的A′-π-A-π-A′型有机小分子，通过改变π桥和不同吸电子末端(A′)能够实现对小分子结构、吸收光谱、带隙、前线分子轨道能级等光电性能的调控，达到制备出优异光电性能的小分子光电功能材料的目的。其制备方法简回收率高，可应用于制备太阳能电池。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种A′-π-A-π-A′型有机小分子，所述A′-π-A-π-A′型有机小分子具有以下式I的结构式：